DE3917173A1

DE3917173A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3917173A1
Application number: DE3917173A
Authority: DE
Inventors: Kazumi Tokizaki; Ryoichi Hoshino; Hironaka Sasaki
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1990-12-06
Anticipated expiration: 2009-05-27
Also published as: US4967834A; DE3917173C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher insbesondere zur Verwendung als Verdampfer in Fahrzeugklimaanlagen, als Radiator für die industrielle Verwendung oder als Ölkühler. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher mit einem Kern und mit Kopfstücken, wobei der Kern eine Vielzahl von Rohrelementen und dazwischen angeordnete, gewellte Rippen aufweist und die Kopfstücke an den Enden des Kerns zur Einleitung und zum Herausleiten des Kühlmediums aus dem Kern angeordnet sind.

Um bekannte Wärmetauscher dieses Typs zu beschreiben, wird auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Diese bekannten Wärmetauscher haben einen Kern (114) und Kopfstücke (100), die an den jeweiligen Enden, wie in Figur (10) dargestellt, angeordnet sind. Das Beispiel eines Kopfstückes (100) ist in Fig. 9 gezeigt. Der Kern (114) weist Rohrelemente (110) auf, welche mit Kästen (111) an einem Ende versehen sind. Zwischen den Rohrelementen (110) sind gewellte Rippen (113) angebracht. Eines der Kopfstücke (110) dient der Zufuhr des Kühlmediums in den Kern (114), während das andere Kopfstück für die Herausführung des Kühlmediums nach der Zirkulation durch den Kern (114) bestimmt ist.

Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, ist das Kopfstück (100) aus einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Es hat einen flachen Körperabschnitt (102) und einen zylindrischen Kopfabschnitt (101). Die Bezugsziffer (103) bezeichnet eine Öffnung, über die das Kopfstück (100) mit dem Kasten (111) verbunden ist. An den zylindrischen Kopfabschnitten (101) sind jeweils ein Einlaßrohr (nicht gezeigt) bzw. ein Auslaßrohr (nicht gezeigt) angebracht. In Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer (112) eine Seitenplatte, die an der außenliegenden Rippe (113) befestigt ist, um den Kern (114) des Wärmetauschers zu verstärken.

Ein Nachteil dieser bekannten Wärmetauscher beruht in der vorbeschriebenen Konstruktion der Kopfstücke (100). Wie insbesondere aus Fig. 10 zu ersehen ist, steht der zylindrische Kopfabschnitt (101) über die Seitenwandung des Körperabschnittes (102) um einen Betrag (l) vor, wodurch ein toter Raum entlang der Seitenplatte (112) entsteht. Hierdurch ist ein größeres Gehäuse (nicht dargestellt) notwendig, um den Kern (114) des Wärmetauschers aufzunehmen. Entsprechend ist der Raumaufwand für die Installation des Wärmetauschers. Außerdem erhöht das große Gehäuse die Produktionskosten. Der größere Raumaufwand für die Installation begrenzt die Anwendung des Wärmetauschers.

In der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (ungeprüft) 61-1 69 364 ist eine Lösung offenbart, die lehrt, daß die Kopfstücke innerhalb des Kerns des Wärmetauschers angeordnet werden. Dieser Vorschlag kompliziert jedoch die Herstellung und hat deshalb entsprechende Auswirkungen auf die Produktionskosten.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher bereitzustellen, dessen Kern von einem kompakteren Gehäuse umhüllt werden kann und der dennoch einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kopfstücke jeweils einen flachen Körperabschnitt und einen runden Kopfabschnitt aufweisen, der derart exzentrisch zu dem Körperabschnitt liegt, daß die Kopfstücke an den Ecken des Kerns liegen, ohne daß deren Teile über die äußere Umgrenzung des Wärmetauschers vorstehen.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Kern eines Wärmetauschers und eines daran anzubringenden Kopfstückes in Explosionsdarstellung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Verbindung zwischen Kopfstück und Kern des Wärmetauschers von vorn;

Fig. 3 eine Ansicht insbesondere der Anbringung des Kopfstückes an den Kern des Wärmetauschers;

Fig. 4 einen Querschnitt im vergrößerten Maßstab entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Darstellung des Herstellungsvorgangs für das Kopfstück;

Fig. 6 eine Gesamtdarstellung des Wärmetauschers mit Teilquerschnitten;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der gehälfteten Plattenglieder, die ein Rohrelement bilden;

Fig. 8 einen Querschnitt durch Rohrelemente;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines bekannten Kopfstückes und

Fig. 10 eine Seitenansicht der Verbindung dieses Kopfstückes und des Kerns des Wärmetauschers mit Teilquerschnitten.

Die vorliegende Erfindung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Die dargestellte Ausführung ist ein Beispiel für die Verwendung als Verdampfer in einer Klimaanlage für ein Automobil.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, weist der Wärmetauscher einen Kern (3) mit einer Vielzahl von Rohrelementen (1) sowie gewellte Rippen (2) auf, die zwischen den Rohrelementen (1) eingeschlossen sind. Der Kern (3) ist auf beiden Seiten mittels Seitenplatten (6) verstärkt. Diese definieren die äußere Begrenzung des Wärmetauschers.

An der rechten Ecke des Kerns (3) und zwar an dem rechts außen liegenden Rohrelement (1 A), ist ein Einlaßkopfstück angebracht. Entsprechend ist an der linken Ecke des Kerns (3), und zwar an dem links außen liegenden Rohrelement (1 B), ein Auslaßkopfstück (5) befestigt. Die Rohrelemente (1), die gewellten Rippen (2) und die Kopfstücke (4, 5) sowie die Seitenplatten (6) sind in einem Lötofen untereinander verlötet worden.

Fig. 7 zeigt eine Hälfte eines schalenförmig ausgebildeten Rohrelements (1 a), welches mit einem Einlaßkasten (7), der eine Einlaßöffnung (10) aufweist, und mit einem Auslaßkasten (8) ausgestattet ist, welcher eine Auslaßöffnung (11) hat. Die gehälfteten Rohrelemente (1 a) sind untereinander an ihren Rändern (1 b) verlötet und bilden auf diese Weise ein Rohrelement (1) mit einem Kühlmediumweg (9). Der Pfeil R 1 zeigt den Kühlmediumstrom, wie er entlang des Kühlmediumweges (9) fließt. Das Kühlmedium tritt durch die Einlaßöffnung (10) ein und wird über die Auslaßöffnung (11) wieder herausgeführt.

Die halben Rohrelemente (1 a) werden durch Pressen eines lötbaren Bleches hergestellt, das ein Kernblech hat, welches in einer Lötsubstanz plattiert worden ist. Der Kühlmediumweg (9) hat auf Grund eines Trennsteges (1 c) einen U-förmigen Verlauf. Zusätzlich sind eine Anzahl von Vorsprüngen (1 d) vorgesehen, die dazu bestimmt sind, die Strömung des Kühlmediums zu verwirbeln, um damit die Wärmeübertragung zu verbessern.

Jede der gewellten Rippen (2) ist so breit wie ein Rohrelement (1) und mit den benachbarten Rohrelementen (1) verlötet. Die gewellten Rippen (2) sind vorzugsweise mit Rasterungen an ihren 0berflächen versehen.

In den Fig. 1 bis 4 ist die Befestigung des Auslaßkopfstückes (5) an der linken Ecke des Kerns (3) dargestellt. Das Auslaßkopfstück (5) hat einen Körperabschnitt (5 a) mit einer Öffnung (5 d) und einem Kopfabschnitt (5 b), der exzentrisch zu dem Körperabschnitt (5 a) liegt. Der Körperabschnitt (5 a) hat einen rechteckigen Querschnitt und der Kopfabschnitt (5 b) einen kreisförmigen Querschnitt. Das Auslaßkopfstück (5) ist in dem Freiraum oberhalb der Seitenplatte (6) in der Weise angeordnet, daß der kreisförmige Kopfabschnitt (5 b) nicht über die Flachseite (5 c) des Körperabschnittes (5 a) vorsteht. Die Flachseite (5 c) liegt bündig mit der Seitenplatte (6). Die Öffnung (5 b) nimmt einen Flansch auf, der die Auslaßöffnung (11) umgibt. Das gegenüberliegende Ende des Kopfabschnittes (5 b) ist durch einen Deckel (5 e) verschlossen.

An Hand der Fig. 5 wird das Verfahren zur Herstellung des Einlaßkopfstückes (4) und des Auslaßkopfstückes (5) beschrieben. Zunächst wird ein Rohr (5 g) mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Wie zu sehen ist, hat das Rohr (5 g) einen dicken Wandabschnitt (5 f). Dieser dicke Wandabschnitt (5 f) wird durch Einwirkung einer Presse derart expandiert, daß er in den zylindrischen Kopfabschnitt (5 b) mit überall gleicher Wanddicke umgeformt wird. Dieser Kopfabschnitt (5 b) liegt exzentrisch zu der Achse des Körperabschnittes (5 a), so daß der Kopfabschnitt (5 e) zum Kern (3) hin vorspringt. Um das Rohr (5 g) zu erhalten, besteht die Möglichkeit, es zu extrudieren oder dergleichen, oder durch ein elektrisches Nahtschweißverfahren herzustellen. Eine weitere Alternative besteht darin, ein mittels Schmieden tiefgezogenes Rohr zu verwenden. Ein solches Rohr hat den Vorteil, daß kein Deckel (5 e) angebracht werden muß und vereinfacht deshalb den Herstellungsprozeß. Auch für das Schmiedeverfahren ist es vorteilhaft, daß die Kopfstücke (4, 5) den dicken Wandabschnitt (5 f) haben. Wie auch immer das Herstellungsverfahren aussieht, es ist wichtig, daß das Rohr (5 g) so verarbeitet wird, daß das Auslaßkopfstück (5) die vorbeschriebene Struktur und Form hat.

An dem Auslaßkopfstück (5) ist ein Auslaßrohr (14) über eine Hülse (15) flüssigkeitsdicht angeschweißt. Bei dem dargestellten Beispiel bezeichnet die Bezugsziffer (16) einen mit Argon geschweißten Abschnitt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat das außenliegende Rohrelement (1 B) eine von den anderen Rohrelementen (1) abweichende Struktur, da es nicht mit dem Einlaßkasten (7) oder Auslaßkasten (8) versehen ist, sondern nur mit der Auslaßöffnung (11), welche durch den Flansch (13) umgeben ist. Wie schon oben beschrieben, paßt der Flansch (13) in die Öffnung (5 g) des Auslaßkopfstückes (5), um das Auslaßkopfstück (5) zu halten und für das Kühlmedium eine Verbindung zwischen einem Strömungsweg (5 h) in dem Auslaßkopfstück (5) und dem Rohrelement (1) herzustellen. Das Auslaßkopfstück (5) ist an dem Rohrelement (1 B) in einem Lötofen angelötet worden, und zwar mit seiner Flachseite (5 c) bündig zur Seitenplatte (6); Der Kopfabschnitt (5 b) liegt exzentrisch zur Achse des Körperabschnittes (5 a), damit er in Richtung auf das Rohrelement (1 B) ageordnet ist. Hierdurch liegt der Kopfabschnitt (5 b) innerhalb der Flachseite (5 c) des Auslaßkopfstückes (5). Wie am besten aus Figur (1) zu ersehen ist, ist das Auslaßkopfstück (5) an der linken Ecke des Kerns (3) befestigt. Die Ecke ist nach außen offen und bildet kein Hindernis für die Befestigung des Auslaßkopfstückes (5). Die Befestigung kann deshalb problemlos durchgeführt werden.

Bei dem dargestellten Beispiel hat der Kopfabschnitt (5 b) einen kreisförmigen Querschnitt. Er kann jedoch auch einen elliptischen Querschnitt vorzugsweise mit einer vertikalen Längsachse haben.

Das Einlaßkopfstück (4) ist an dem rechts außenliegenden Rohrelement (1 A) in der gleichen Weise wie das Auslaßkopfstück (5) befestigt, so daß auf eine nähere Beschreibung der Einfachheit halber verzichtet werden kann.

Das Kühlmedium wird in den Einlaßkasten (7) des Rohrelements (1 A) durch das Einlaßkopfstück (4) eingeführt und zirkuliert entlang der Strömungswege (12) in jedem Rohrelement (1), wobei das Kühlmedium in den Rohrelementen (1) in einem U-Muster strömt und auf diese Weise den jeweiligen Auslaßkasten (8) erreicht. Das Kühlmedium wird dann durch die Auslaßöffnung (11) des Rohrelements (1 B) herausgeführt. Schließlich gelangt es in das Auslaßrohr (14) und verläßt damit den Wärmetauscher. Beim Strömen des Kühlmediums durch die Rohrelemente (1) wird Wärme aus der Luft absorbiert, die durch die gewellten Rippen (2) strömt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist deutlich geworden, daß das Einlaßkopfstück (4) und das Auslaßkopfstück (5) an dem Wärmetauscher so befestigt sind, daß sie nicht über die äußere Begrenzungslinie des Wärmetauschers vorstehen. Auf diese Weise kann das Gehäuse für den Wärmetauscher klein gehalten werden. Die Einlaß- und Auslaßkopfstücke (4, 5) sind an den Ecken des Wärmetauschers so angebracht, daß deren Befestigung einfach und schnell geht.

Claims

1. Wärmetauscher mit einem Kern und mit Kopfstücken, wobei der Kern eine Vielzahl von Rohrelementen und dazwischen angeordnete , gewellte Rippen aufweist und die Kopfstücke an den Ecken des Kerns zur Einleitung und zum Herausleiten des Kühlmediums aus dem Kern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5) jeweils einen flachen Körperabschnitt (5 a) und einen runden Kopfabschnitt (5 b) aufweisen, der derart exzentrisch zu dem Körperabschnitt (5 b) liegt, daß die Kopfstücke (4, 5) an den Ecken des Kerns (3) liegen, ohne daß deren Teile über die äußere Umgrenzung des Wärmetauschers vorstehen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5) aus einem Rohr mit (5g) mit rechteckigem Querschnitt und einem dicken Wandabschnitt (5 f) gefertigt sind, wobei der dicke Wandabschnitt (5 f) des Rohrs (5 g) in eine runde Form expandiert ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5) aus einem durch Schmieden tiefgezogenen, rechteckigen Rohr (5 g) gefertigt sind, wobei das Rohr (5 g) an seinem offenen Ende in eine runde Form expandiert ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmiedete Rohr (5 g) einen dicken Wandabschnitt (5 f) aufweist, wobei der dicke Wandabschnitt (5 f) in eine runde Form expandiert ist.